Experimentos em Rede Local

Os experimentos em rede local consistiram em verificar a dinâmica de funcionamento da recepção de dados de vários sistemas atuando simultaneamente, assim como a eficiência do modem de comunicação próximo às torres de transmissão e verificar dificuldades da instalação e fixação dos equipamentos que compõem o sistema (gabinete e painel solar) nas torres. Outro foco de verificação foi o grau de vedação dos gabinetes.

Ainda nessa etapa, os módulos sensores não foram instalados nas cadeias de isoladores. O sinal de corrente de fuga foi emulado por um circuito oscilador, de forma idêntica aos experimentos de laboratório. Essa decisão foi tomada uma vez que podia ocorrer de o sistema ser instalado em uma torre com baixa ou nula atividade de corrente de fuga o que impediria determinar se a falta de ocorrências registradas pelo sistema seria devido ou não a algum defeito do sensor.

A instalação dos sistemas sensores foi realizada pela equipe de eletricistas do Setor de Manutenção de Linhas da CHESF. As informações dos gabinetes instalados bem como das respectivas torres de transmissão usadas são listadas abaixo:

• Sistema 03 instalado em uma torre de 230 kV localizada no estacionamento da CHESF, no Bongi.

• Sistema 04 instalado em uma torre de 230 kV localiza no Setor de Manutenção de Linhas da CHESF, no Bongi.

• Sistema 05 instalado em uma torre de 500 kV localizada na subestação Recife II em Jaboatão dos Guararapes.

• Sistemas 06 e 07 instalados em uma torre de 500 kV localizada na subestação Recife II em Jaboatão dos Guararapes. O sistema 06 estava instalado na Pontina B e o sistema 07 estava instalado na Pontina A, ambos com o painel solar orientado para o hemisfério norte. Essas pontinas estão localizadas em extremidades opostas da torre.

O sistema 02 antes do período dos experimentos apresentou problemas com o conector serial do modem. Posteriormente o sistema foi consertado e substituído pelo sistema 03.

Para fixação do sistema à torre, as seguintes etapas eram realizadas:

• Içamento do gabinete e painel solar. • Fixação dos equipamentos na torre

• Conexão do painel solar ao circuito interno do gabinete.

Cada sistema foi instalado sempre no ponto mais alto da torre, para evitar obstáculos na linha de visada do modem. Dessa forma cada equipamento foi fixado na pontina de passagem do cabo pára-raios como ilustrado na Figura 20(a). A base do gabinete fica apoiada em uma treliça e duas cantoneiras fixam o equipamento em uma treliça diagonal da torre utilizando as alças do gabinete como ilustrado na Figura 20(b). O painel solar deve ter a sua face voltada para o lado norte da torre, permitindo maior período de incidência de luz na superfície do painel. Além disso, o painel deve ter uma pequena inclinação para evitar acúmulo de poluentes e possibilitar a lavagem de sua superfície durante os períodos de chuvas, como ilustrado na Figura 20(b).

Latência Média Acumulada e Taxa de Perda de Pacotes

A análise da latência dos sistemas instalados foi feita com base na média acumulada dos dois tipos de pacotes transmitidos para verificar no decorrer do experimento se os valores de latência desses pacotes tenderiam a convergir para um determinado valor. Além disso, foi determinada a quantidade de pacotes recebidos pelo ADECI, a latência média, máxima, mínima e desvio padrão para os pacotes tipo 01 e 02. Por fim, foi realizada a comparação do desempenho de cada sistema com base nos gráficos obtidos e dados da tabela.

O sistema 02 foi substituído pelo sistema 03, pois ele apresentava uma latência média acumulada e taxa de perda de pacotes elevado. O sistema 02 foi analisado durante 16 dias de experimento. A latência média acumulada no período do experimento é mostrada na Figura 21.

.

Figura 20 (a) Fotografia do gabinete e painel solar instalados na pontina de uma torre de

transmissão da CHESF. (b) Fotografia da fixação do gabinete na torre.

Observa-se no gráfico da Figura 21 que a latência média acumulada ficou em torno de 48 e 41 segundos para os pacotes 01e 02, respectivamente. No decorrer do experimento a latência média acumulada para o pacote 01 e 02 convergiu para valores próximos de 43 e 47 segundos, respectivamente até que no 7º dia de experimento ocorreu um incremento de 3,6 segundos na latência média para ambos os pacotes. A hipótese para explicar esse fato é que o

relógio interno do microcontrolador conta os segundos em múltiplos de 3. Logo, um mínimo atraso no relógio, provocado, por exemplo, pelo tratamento de uma interrupção, pode atrasar o envio do pacote em 3 segundos. Porém, por ser atualizado externamente, esse atraso no relógio não é acumulativo. A partir do 10º dia de experimento até o ultimo dia, a latência média acumulada aumentava e no último dia de experimento, a latência média acumulada foi de 50 e 60,7 segundos para os pacotes 01 e 02, respectivamente. Esse fato provavelmente foi devido ao tempo reduzido do experimento em comparação com os demais sistemas. De qualquer forma o sistema 02 mostrou desempenho satisfatório, pois durante todo o período do experimento a latência média ficou em torno de um minuto.

O sistema 03 foi analisado durante um período de 22 dias. O gráfico da média acumulada da latência dos dois tipos de pacotes em função do período do experimento é mostrado na Figura 22. A quantidade de pacotes transmitidos foi de 954 em vez de 1056 devido ao período de manutenção do ADECI.

No gráfico da Figura 22, percebe-se que no início do experimento a latência média acumulada foi aproximadamente 11 e 10 minutos para os pacotes do tipo 01 e 02, respectivamente. No decorrer do experimento, a latência média acumulada do pacote 01 aumentou até atingir o valor máximo que é 20,3 minutos no final do 4º dia de experimento. A partir daí foi observada uma diminuição da latência média e no 6º dia de experimento ela ficou em 18,6 minutos. Para o pacote 02 a latência média acumulada aumentou até que no 6º dia de experimento ela ficou em 14 minutos.

Após o 10º dia de experimento, que correspondeu ao fim do período de manutenção do ADECI, não foi observada transmissão de pacotes até o 15º dia de experimento. Posteriormente, pode-se notar no gráfico da Figura 22 a descontinuidade da latência média acumulada para ambos os pacotes, por causa do alto percentual de perda de pacotes. Até o final do experimento a latência média acumulada convergiu para valores em torno de 20,5 minutos e 15,2 minutos para os pacotes tipo 01 e 02, respectivamente.

Após o término do experimento, foi verificado que a causa da alta latência para ambos os pacotes, além do período de ausência de transmissão por parte do terminal via satélite e o alto percentual de perda de pacote, foi decorrente de danos no módulo de processamento ocasionados pela presença de água de chuva no interior do gabinete. O desempenho do sistema 03 foi considerado ruim uma vez que a latência média acumulada estava próxima do intervalo de tempo de meia hora entre transmissões de pacotes.

O sistema 04 foi analisado durante o período de 22 dias. O gráfico da média acumulada da latência dos dois tipos de pacotes em função do período do experimento é mostrado na Figura 21. Observa-se que a descontinuidade da latência indica o período em que o ADECI não estava em funcionamento. Como esse período foi de aproximadamente 3 dias, cerca de 954 pacotes foram analisados em vez do valor esperado de aproximadamente 1056 pacotes.

Figura 22 - Gráfico da média acumulada da latência para o sistema 03.

No gráfico da Figura 23, percebe-se no início do experimento uma latência media acumulada de 46,5 e 48 segundos para os pacotes tipo 01 e 02, respectivamente. No decorrer do experimento a latência média acumulada para o pacote tipo 01 decai até atingir o mínimo de 41 segundos e posteriormente aumenta até que no 6º dia de experimento possui valor próximo de 43 segundos. Para o pacote 02, a latência média acumulada varia em torno de 47 segundos até o 6º dia de experimento. Do 10º dia de experimento até o final do experimento, percebe-se que a latência média acumulada converge para valores próximos de 45 e 48 segundos para os pacotes do tipo 01 e 02, respectivamente. O sistema 04 apresentou desempenho satisfatório, pois a latência média acumulada para ambos os pacotes foi inferior a um minuto.

Figura 23 - Gráfico da média acumulada da latência para o sistema 04.

O sistema 05 foi analisado durante o período de 29 dias. O gráfico da média acumulada da latência dos dois tipos de pacotes em função do período do experimento é mostrado na Figura 24. No período de análise, o ADECI sofreu manutenção durante 3 dias de experimentos indicados no gráfico da Figura 24, resultando na análise de 1248 transmissões em vez de 1392 transmissões.

No gráfico da Figura 24, observa-se que no início do experimento a latência média acumulada era de 42,4 e 54 segundos para os pacotes 01 e 02 respectivamente. No decorrer do experimento, a latência média acumulada do pacote 01 converge para valores próximos de 52 segundos até o 6º dia de experimento. Em relação ao pacote 02, ocorre um aumento da latência média até o 2º dia de experimento e depois a latência média decai até atingir o valor de 90,2 segundo no 6º dia de experimento. Após o 10º dia de experimento, que corresponde ao fim do período de manutenção do ADECI, não é observado transmissão de pacotes até o 15º dia de experimento. Além disso, pode-se verificar que a descontinuidade do gráfico das latências na Figura 24 é causada devido à ausência de transmissão no período noturno. Apesar disso, no período diurno a latência média acumulada no final do experimento convergiu para

valores próximos de 88 e 103 segundos para os pacotes tipo 01 e 02, respectivamente. Após o término do experimento, foi verificado que a causa da ausência de transmissão no período noturno para ambos os pacotes, além do período de ausência total de transmissão por parte do terminal via satélite foi devido a danos no módulo de processamento ocasionados pela presença de água de chuva no interior do gabinete. Apesar dos valores de latência serem inferiores a dois minutos para ambos os pacotes, a ausência de transmissão no período noturno acarreta em um desempenho ruim, semelhante ao encontrado no sistema 03.

O sistema 06 foi analisado durante 41 dias e o sistema 07 durante 45 dias de experimento. As Figuras 25 e 26 ilustram as médias acumuladas da latência dos dois tipos de pacotes no período do experimento para os sistemas 06 e 07, respectivamente. Durante o período do experimento, o ADECI estava passando por novas manutenções e houve perda de registros correspondentes a aproximadamente 9 dias de experimento. Uma intervenção foi realizada para substituir a posição dos sistemas 06 e 07 devido a problemas apresentados no sistema 07. Nas Figuras 25 e 26 estão indicados os períodos de intervenção (região 1) e após a intervenção (região 2).

Na Figura 25, excetuando-se o período de intervenção e a descontinuidade cuja razão já foi discutida anteriormente, percebe-se que o comportamento da latência média permaneceu estável, com valores inferiores a um minuto, para ambos os pacotes, de forma similar aos sistemas 02 e 04. No gráfico da Figura 26, observa-se que no início do experimento a latência média acumulada no sistema 07 foi de aproximadamente 21 minutos e de 20 minutos para os pacotes 01 e 02 respectivamente. No decorrer do experimento, a latência média acumulada entre o 5º e o 6º dia de experimento foi cerca de 3 minutos e 24 minutos, indicados pela região 1 na Figura 26. Após o período de intervenção, indicado pela região 2 da Figura 26, a latência média acumulada do pacote 2 decai até que, no final do experimento, possui valor próximo de 8 minutos. O mau desempenho do sistema 07 até o 20º dia de experimento foi provavelmente devido a mau posicionamento do modem.

A Tabela 2 resume os resultados obtidos para todos os sistemas instalados durante o experimento em rede local. Os sistemas 02, 04 e 06 apresentaram percentual de perda de pacotes inferior a 2%. A latência média para esses três sistemas foi inferior a um minuto, ou seja, todos apresentaram excelente desempenho para a aplicação. O sistema 02 apresentou um desvio padrão na mesma ordem de grandeza da latência média, devido ao tempo reduzido de experimento comparado com os demais sistemas. Observando o gráfico da Figura 21, percebe-se que não há convergência dos valores da latência média acumulada para ambos os pacotes, o que justifica o elevado valor do desvio padrão da latência.

Figura 25 - Gráfico da média acumulada da latência para o sistema 06.

Tabela 2-Parâmetros de desempenho na transmissão de pacotes para os experimentos em rede local. Sistema Pacotes recebidos Perdas (%) Latência média (s) Latência máxima (s) Latência mínima (s) Desvio padrão

Pac 1 Pac 2 Pac 1 Pac 2 Pac 1 Pac 2 Pac 1 Pac 2 Pac 1 Pac 2 Pac 1 Pac 2

2 374 374 1,33 1,33 49,8 62,2 61,5 85,5 15 35 38,85 81,2 3 121 130 74,6 72,7 906 1264,6 3465 4095 25 35 906,2 1155,3 4 473 471 0,84 1,25 44,7 44,7 62 62 7 35 12 8,5 5 240 266 65,5 61,7 103,3 115,3 2445 2625 15 5 242,6 227,2 6 Antes da intervenção 261 262 1,13 0,75 44,2 46,9 62 62 7 25 12,4 8,7 Depois da intervenção 560 561 0,7 0,53 42,2 47,4 75 445 15 15 11,9 18,8 7 Antes da intervenção 175 172 33,7 34,8 212,4 1525,5 3465 3595 5 45 531,5 1087,4 Depois da intervenção 557 558 1,25 1,1 114 156,3 3685 3665 35 35 144 304,5

Os sistemas 04 e 06 apresentaram desvio padrão da latência pequeno, indicando pequena dispersão dos valores médios da latência, como pode ser observado na Tabela 2. Esse fato é perceptível também no gráfico das Figuras 21 e 26, pois se observa a convergência da latência média acumulada de ambos os pacotes nos dois sistemas no decorrer do experimento.

No sistema 03 foi observada uma elevada latência média, em torno de 15 minutos para o pacote 01 e de 21 minutos para o pacote 02. Além disso, o percentual de perdas de pacotes é superior a 70 % para ambos os pacotes, como pode ser observado na Tabela 2. As descontinuidades da latência média acumulada do gráfico da Figura 22 atestaram o alto percentual de perda de pacotes e a ausência de dados entre o 10º e o 15º dias de experimento. Por isso, foi realizada uma intervenção para remover o gabinete 03 da torre onde estava instalado e foi verificada a presença de água no interior do gabinete, devido a uma falha da vedação na fixação do modem. O modem, bateria e controlador de carga não foram danificados, porém o módulo de processamento e alguns conectores foram danificados em virtude da oxidação.

O sistema 05 após o 5º dia de experimento não estava realizando transmissões no período noturno, por isso o alto percentual de perdas de pacotes de 65,7 e 61,7% para os pacotes 01 e 02, respectivamente. Entretanto, a latência média do sistema é próxima de 2 minutos para ambos os pacotes, mas o elevado desvio padrão indica a instabilidade do sistema. Devido a esses problemas, também foi realizada uma intervenção para verificar o

problema e também foi constatada a presença de água da chuva no interior do gabinete. Os danos causados foram semelhantes aos encontrados no sistema 03.

Os sistemas 06 e 07 foram colocados na mesma torre, mas em pontinas diferentes. O sistema 06 mostrou desempenho adequado, o que pode ser verificado na Tabela 2. O sistema 07 apresentou percentual de perda de pacotes superior a 30% para ambos os pacotes e latência média para o pacote tipo 02 em torno de 25 minutos, um comportamento atípico. No 20º dia de experimento foi realizada uma intervenção, porém não foram verificados problemas com relação à vedação nem a presença de água da chuva no interior do gabinete ou qualquer falha na conexão elétrica no sistema 07. Todavia, o modem via satélite não estava orientado adequadamente. Assim, foi feita uma troca de posições dos sistemas 06 e 07 para verificar se haveria mudança no comportamento da latência e perda de pacotes. Foi constatado que o sistema 06 permaneceu com o bom desempenho e o sistema 07 teve sua latência média reduzida para 1,9 e 2,5 minutos e percentual de perda de pacotes em torno de 1,25 e 1,1% para os pacotes 01 e 02 respectivamente, como pode ser visto na Tabela 2.

Conclui-se que os sistemas 02, 04, 06 e 07 apresentaram desempenho satisfatório com latência média bastante inferior ao tempo de transmissão dos pacotes, baixo percentual de perda de pacotes e baixo desvio padrão. Os sistemas 03 e 05 apresentaram problemas de alto percentual de perda de pacotes e latência média elevada devido a danos no módulo de processamento causados pela infiltração de água nos gabinetes. Essa falha na vedação ocorreu por causa de um desprendimento da cola usada para fixar a base do modem no gabinete.

Os principais problemas encontrados da fase de experimento em rede local foram os problemas de vedação nos gabinetes dos sistemas 03 e 05 e os pontos de oxidação encontrados na superfície de todos os gabinetes. Com relação ao problema da oxidação, os gabinetes foram desmontados e posteriormente submetidos a um processo de galvanização a quente, mesmo processo usado para proteção contra oxidação das estruturas das torres de linhas de transmissão da CHESF. Em relação à vedação do modem no gabinete, foi realizado um reforço com silicone típico de aplicações em altas temperaturas por cima da cola de vedação. Além disso, capas de lona adaptadas foram utilizadas para revestir os gabinetes, protegendo o sistema contra a água da chuva.

Os sete sistemas foram remontados e um teste de uma semana foi realizado no teto do Prédio de Engenharia da UFPE para verificar o funcionamento da transmissão de dados. Dois gabinetes foram cobertos pela capa de lona para verificar se haveria diferenças entre um sistema coberto e o outro não, com relação à latência média e perda de pacotes. Em todos os gabinetes foi observada uma latência média em torno de 50 segundos e uma taxa de perda de pacotes inferior a 2 %. Outro teste foi colocar os gabinetes sob um chuveiro escorrendo água à máxima vazão para verificar a qualidade da vedação e não foi detectada a presença de água no interior do gabinete.

Com relação às faixas registradas para os pulsos de corrente de fuga, bem como os valores de temperatura, umidade e máximo pico de corrente, foram verificados que todas as faixas foram ativadas com taxas de ocorrência iguais para todas as faixas, como esperado. A temperatura e umidade mostraram comportamento e valores similares ao apresentado no gráfico da Figura 18 no experimento em laboratório e o máximo pico de corrente registrado correspondeu ao mesmo valor de corrente fornecido pelo circuito oscilador.